基于纹波防夹技术的车门玻璃防夹系统设计

刘少锋 王鑫

安徽江淮汽车集团股份有限公司 安徽省合肥市 230601

电动车窗防夹功能作为重要的汽车安全配置，已被越来越多的客户所重视。欧洲的74/60/EEC标准、美国的MVSS118标准均要求乘用车必须四门玻璃防夹[1]；国标GB 11552-2009规范要求有自动升窗必须带防夹功能[2]。

目前国内各主机厂均已开始推动四门防夹功能（附带遥控升降窗）的标配化工作。而实现四门防夹功能基于防夹原理不同主要有两类技术路线：A、四门霍尔电机集成防夹模块；B、四门纹波电机、独立纹波防夹控制模块。

目前纹波防夹技术作为新技术，因其成本低、功能易扩展等优势，我们基于实车匹配验证，开发了基于纹波防夹技术的车门玻璃升降系统，能够实现玻璃手动升降、一键升降、防夹手、各类环境自适应等功能。

1 防夹技术原理

霍尔电机防夹机理是电机旋转轴上装有磁环（n对极），防夹模块上集成的霍尔传感器，通过磁环表面的磁场变化从而获得周期性的脉冲信号。通过获得的周期性信号从而计算出电机旋转一周所用时间以及玻璃整个行程的脉冲信号个数，取相对值，从而获得玻璃在具体位置的信息。

纹波电机防夹机理是电机旋转轴上装有换向器（n槽），一对碳刷在换向器圆周面上旋转传输电流的过程中，由于瞬时回路电阻差异，从而产生纹波电流并获得周期性的脉冲信号。纹波控制模块通过获得的周期性信号从而计算出电机旋转一周所用时间以及玻璃整个行程的脉冲信号个数，取相对值，从而获得玻璃在具体位置的信息。

2 车门玻璃防夹系统概述

车门玻璃防夹系统电气原理图如图1所示，基于LIN信号的纹波防夹车窗控制器来实现四门玻璃防夹、一键升降等功能。

车窗防夹控制器APM（Anti-Pinch Module）电气参数要求见表1。

3 车门玻璃防夹系统要求

3.1 纹波电机要求

采用纹波技术而实现防夹功能，电机需要满足下列要求。

转速：9V～16V，在无负载情况下，极对数为4时，电机转速不大于9000转/分钟。

机械结构：电机自固定的转子轴必须保证电机不会在刹车或者自身开始工作后向相反方向移动，电机不能空转。

表1

图1 电气原理图

堵转电流：9V～16V，电机的堵转电流不超过25A。

纹波振幅：9V～16V，最小纹波电流值0.5A（峰峰值）。

波形品质：要求波形类似于正弦波。使用带傅立叶变换的频谱图来观察。参考主谐振波形（基波）的频率振幅为0dB，其它谐振频率的振幅都必须在如下图所示的值之下。

图2 谐振频率振幅

3.2 升降器自锁性要求

电机短路情况下，在升降器玻璃支架上施加500N负载时，要求电机涡杆不能转动。

3.3 对输入信号的要求

如果开关为数字信号输入，要求车窗控制按键输入直接连接到车窗防夹控制器，常态为悬空。

车窗防夹系统的玻璃升降输入信号地不能和大功率用电器的功率地搭接在一起。

3.4 玻璃系统阻力

玻璃系统阻力设计建议值为80±5N，实际变化范围建议≤30%，玻璃升降过程中不得出现卡滞等故障。

4 车门玻璃防夹系统功能规范

4.1 防夹功能手动学习

手动学习过程：①第一步操作左前门玻璃（右前门玻璃/左后门玻璃/右后门玻璃）上升，使玻璃上升至顶部堵转位置；②第二步再次操作车窗玻璃上升，使车窗玻璃在顶部位置向上堵转，堵转持续时间2s；③第三步操作车窗玻璃下降到底部位置；④第四步操作车窗玻璃上升窗到顶部位置；手动学习过程全部完成，若具备自动上升功能，则表示该车窗学习成功；此学习模式下，升窗及降窗过程需要连惯完成，若出现车窗玻璃出现停止现象，则需重新学习。

4.2 车窗玻璃升降（手动升降玻璃、自动升降玻璃）

4.2.1 手动升降。手动上升：输入车窗玻璃手动上升开关信号，相应的车窗玻璃执行上升动作，松开即停。手动下降：输入车窗玻璃手动下降开关信号，相应的车窗玻璃执行下降动作，松开即停。

4.2.2 自动升降。APM学习成功以后才可执行自动上升功能；自动上升：输入车窗玻璃自动上升开关信号，相应的车窗玻璃执行自动上升动作，车窗玻璃自动上升到顶部位置。

自动下降：输入车窗玻璃自动下降开关信号，相应的车窗玻璃执行自动下降动作，车窗玻璃自动下降到底部位置。

车窗处自动升降过程中，输入手动升降信号即停。

4.3 遥控车窗玻璃升降

遥控升降条件：APM完成初始化学习后收到遥控升降指令并满足条件即可执行；遥控升窗功能不受乘员车窗禁止的影响，即使乘员车窗被禁止，遥控升降乘员窗功能依然有效；四窗升降顺序为（左前→右前→右后→左后），各窗启动间隔为100ms。

4.3.1 遥控升窗。完成初始化的APM收到遥控升窗信号后，执行车窗遥控上升功能；若部分车窗处于非初始化模式，已完成初始化的车窗正常执行自动升窗动作，非初始化的车窗自动下降到底，然后上升到顶（具有防夹功能）。

在车窗玻璃上升过程中，松开LOCK键，APM执行四门车窗玻璃自动上升，在上升过程中收到任意遥控信号命令后上升动作停止；在车窗玻璃上升过程中，车窗完全关闭，车窗上升动作停止；在车窗玻璃遥控上升期间，防夹功能有效。

4.3.2 遥控降窗。APM收到遥控降窗信号后，执行车窗遥控下降功能；在车窗玻璃下降过程中，松开UNLOCK键，APM执行四门车窗玻璃自动下降，在下降过程中收到任意遥控信号命令后下降动作停止；在车窗玻璃下降过程中，车窗完全打开，车窗下降动作停止。

4.4 防夹功能

APM自学习成功，当车窗玻璃进行自/手动上升或遥控上升模式下，遇到障碍物被夹，车窗玻璃会自动下降一段距离。

防夹力要求：防夹力≤100N，须满足GB11552-2009要求。

4.4.1 防夹区域。车窗防夹区域定义为A+4mm到A+200ms之间（见图3）；

图3 防夹区域示意图

4.4.2 防夹反转。车窗自动上升过程中在防夹区域内遇到障碍物，车窗玻璃将进行自动下降；首次防夹车窗反转距离为150mm（最小距离），若下降距离不足150mm则降到车窗底部堵转位置；连续发生防夹时，从第二次起车窗反转时直接下降至底部堵转位置。

4.5 车窗软停保护

4.5.1 下软停保护。为保护车窗电机下降时对底部堵转冲击，设置高于底部堵转位置约1mm～3mm为软停位置；车窗一次自动降窗操作后，自动下降至软停位置时，将自动停止车窗动作；车窗在下软停位置时，再一次触发下降功能，车窗将下降到底部堵转位置。

4.5.2 上软停保护。为保护车窗电机上升时对顶部堵转冲击，设置于顶部堵转位置上软停（堵转力130N±30N）；车窗一次自动升窗操作后，自动上升至软停位置时，进行轻堵转并自动停止车窗动作；车窗在上软停位置时，再一次触发上升功能，车窗将硬堵转；APM软停位置会根据实际工况更新软停位置。

5 结语

车窗防夹技术目前主要有两种形式，一种为霍尔电机集成防夹模块，另一种为独立纹波防夹模块，现阶段霍尔电机防夹方案居多。随着纹波防夹技术的日趋成熟，越来越多的主机厂在使用可靠性更高、成本更低的独立纹波防夹方案。

基于纹波防夹技术的车门玻璃防夹系统需要在纹波电机选型、玻璃升降器结构、系统阻力设计以及防夹模块标定方面制定可靠流程和标准才能获得主机厂认可的品质和性能。